自动化技术在输配电及用电工程中的实际应用

刘中岳

【摘要】电子信息技术的普及应用促使输配电及用电工程向着自动化的方向发展，自动化技术不仅大大提高了输配电的传输效率，而且降低了电力传输的成本，大大提高了电力工程及输配电管理的可靠性。从某种程度上讲，输配电及用电工程的自动化技术包含了通信技术、电子技术、电气技术、计算机技术等，其强大的集成功能可以实现用户信息、电网参数、电网结构、地理信息的集成应用，从而实现智能电网检测、保护及控制等多种自动化功能，提高输配电网运行的稳定性。文章主要针对自动化技术在输配电及用电工程中的实际应用进行探讨，着重分析配网自动化系统的组成及实现。

【关键词】输配电系统；用电工程；配网自动化

一、输配电网自动化系统的内涵

所谓输配电网自动化技术是以配电网络为基础融入远程监控、协调的集成化软件系统（DAS），其广义范围包括系统变电站、中压配电网、供电用户（侧）等方面，而狭义上讲输配电网自动系统仅包含中压配电网及供电用户（侧）两个部分，由此可见，输配电自动化包括下层基础建设及上层领导管理两层，下层基础建设的主要作用是收集各类数据信息、实时监控线路系统运行情况以及线路故障的处理，其中实时监控线路包括智能化操作的变电所及馈线两部分。自动化领导管理层的主要作用是对系统中的高级应用及配电、停电、工程、电能计算等进行控制与管理，主要通过软件控制系统来实现，在电力服务系统中变配电是保证高质量电能输送的必要环节。输配网自动化的主要目的是实现电网智能化运行，提高供电的安全性、稳定性，大幅度降低故障发生时间，缩小停电区域，提高电力供应服务质量。因此相比传统的输配电管理模式，应用自动化技术主要体现出以下几个方面的优势：

首先，安全智能。输配电与用电工程自动化技术以计算机网络技术为基础，应用自动智能技术完成输配电网络的管理，最大程度上避免人为操作失误因素影响供电质量，提高了整个供电网络的智能化程度及安全性。其次，服务性与安全性的特点。输配电及用电工程具有专业性、高风险性的特点，一旦发生安全事故会导致设备管理人员及用户出现人身安全问题。而自动化技术采用更加完善的澳洲规程，最大程度上保证系统处于稳定的运行状态。最后，综合性简约性。输配电网络及用电工程技术密集，系统复杂，融入自动化技术后可使系统与电力技术操作的相关规程更加相符，降低配电网的安全检修率，故障处理也相对容易，大大提高了系统运行的整体效率及可靠性。为提高讨论的针對性，本文笔者着重分析配网自动化系统的组成及实现。

二、输配电自动化系统的组成

具体而言，输配电自动化系统的结构包括配网主站与子站、配网远方终端及信息通信网络三大部分，其结构示意图如图1所示：

（一）输配网络主站

在整个输配电自动系统中配网主站是整个系统的核心部分，也是其控制管理中心，其主要作用是收集系统中各模块的信息数据，并实时监控系统的运行状况，不仅可以分析系统中的电网拓扑结构，而且可以实现与非本系统的信息交流，管理人员可以通过配网主站上的多种操作平台实现各种操作管理。配网主站的主要组成部分包括计算机的相关硬件模块、各类操作系统、软件支持平台、各类应用软件等等，其中系统软件是实现输配电网自动系统的基本功能及相关扩展功能，诸如分析应用、智能化应用等，并且通过信息服务总线还可实现与其它系统的信息交流。配网主站的功能软件通过一组计算机及多个设备组成，该信息系统包括前置通信系统、后台服务器、人机交互界面及接口子系统，其中前置信息系统可进行自动数据传输，具备互通信息接口功能；后台服务器主要实现各类信息的整合、监控及服务，人机交互界面主要实时监控输配电网的运行，展示静态实时历史数据，并通过人机交互界面完成各种操作平台的功能；接口子系统主要包括EMS、GIS、MIS等各系统接口。

主站中的软件网络结构采用双以太网，其网速形式包括100兆bits及1000兆bits两个，其中绝大多数服务器均直接与1000兆bits网络连接，包括SCADA、历史数据、高级应用、通信接口等等，此外，还有一些辅助服务器连接千兆bits，包括配调、维护、报表功能等等，上述各服务器构成输配网自动系统的子系统。主干网主要通过正向及反向两种隔离连接方式连接公共网络中的数据采集器，WEB子系统包括对应的服务器、交换机、接口服务器、安全防火墙等部分。

（二）输配网子站构成

将输配网子站通常分布于系统变电站或开闭所，其位于整个配网自动系统的中间层，主要功能是采集、处理区域范围内配电网络的信息数据，包括设备的远程调控、实时信息的显示及处理、事件顺序记录、历史数据存储及处理、查询及确定故障位置等。从某种程度上讲，输配网子站在整个系统中充当信息资源中转站的角色，其除收集终端数据信息外，还要将收集到的数据信息传送至主站，并将主站发送的指令传递至各终端设备。

（三）输配网系统终端

输配网自动系统终端包括馈线终端设备（FTU）、配变终端设备（TTU）及开闭所终端设备（DTU）三大部分，其主要功能是收集开关设备、变压器等设备中的相关信息数据，并对相关设备进行控制、管理。（1）馈线终端：FTU多安装在设置于户外柱上的馈线开关周围，主要对开关运行的状态进行实时监控。由于馈线开关装设位置零散，根据相关标准规定，通常情况下一台FTU对应一台柱上开关设备对其运行进行实时监控，否如同一支杆安装多个开关，则会出现一台FTU监控多台开关的现象。（2）配变终端：TTU顾名思义主要对配电所中变压器的实际运行情况进行监控，尤其是监控采集低压电压与电流值，并通过60s-120s的计算频率计算获取对应的有效值、功率、功率因数、有功量、无功量等等，计算出来的某些特殊数据会存在系统内存中，其断电不丢失，会被保留一段时间。TTU中的某些数据间隔一段时间会传送至配网主站系统中进行分析，根据分析结果判断变压器、线路中是否存在故障问题，并获得电压的合格率、供电效率、负荷中的一些基本性质等。与馈线终端相比，配变终端的结构相对简单，其不具备FTU的实时监控功能，仅能进行数据信息采集、记录及传递等功能，因此TTU不像FTU设备采用蓄电池的方式供电，而是采用低压侧供电，以降低成本，简化设计。值得一提，如果线路中存在无功补偿电容器，则TTU必须具备自动投入或切除电容器的功能，以降低成本投入。（3）开闭所终端：DTU多设置于开闭所、环网柜体、变电站等常见位置，开闭所终端的主要作用也是采集对应位置开关设备的运行信息及电能参数，控制开关运行，满足馈线开关适时动作的要求。

（四）通信网络

通信网络即信道，其主要作用是为信息交流提供一个通道，通过通信网络配电终端才能实现配配网主站的信息交流。在实际工程中，可根据配电终端、对应设备的安装地点、实际的信息传播速度需求等选择不同的通道材料。配网系统中，通过通信网络将远方终端设备通过各种采集模块与配网子站、主站连接在一起，信息经由光Modem进入主干网光纤内，然后被汇总至子站，是后再传递至主站，整个通讯过程满足RS485通讯协议。

三、输配网自动系统的实现

（一）供电方式及一次设备

我国的输配网系统包括城市电网、农村电网两大部分，前者主要通过电缆网进行连接，后者则采用架空线进行连接。从某种程度上，配网供电形式的差异主要体现在电源位置、开关型号及网架形式，电源位置不同、网架形式的差异使得供电方式有所不同，选择不同的线路开关设备也会得出不同的供电方案。一般情况下，城市电网多采用环型电网柜，而农村电网中多应用断路器、重合器及分段器等设备。供电方案的分类依据多种多样，此处根据开关设备的选择差异对其进行分析：

（1）针对安装在架空线路的开关设备方案而言，最基本的原则就是保证对用户可靠供电，而评价供电可靠性的指标包括特定时间内停电多少、每次停电时间、线路停电导致的故障范围、故障切除线路恢复正常所需的时间等。（2）相比其它方案，开关设备采用重合器的方案优势十分突出，在线路实际运行中至少80%的故障发生于瞬间，开关设备采用重合器的方案可以在发生瞬间故障后迅速隔离故障，最大程度上保证整个系统运行的可靠性。重合器属于高自动化设备，发生故障后可在瞬间隔离故障，减少了电网运行的依赖性，减少人力、物力的浪费。在实际工程应用中，由于分支路线中的低压范围是线路故障高发区，因此可以在线路中协调使用分段器及重合器保护动作，保证线路的可靠性。（3）架空线配网线路。架空线配网线路主要应用于县级、农村地区，其可供电范围为五公里为半径的圆形区域，因此可结合三开关重合器选择环型网进行供电，环型网带有两个电源，可以更好的保证供电的可靠性。（4）与其它故障隔离设备配合使用的开关设备，一般情况下双电源环网供电已经可以基本上保证供电线路的安全性、可靠性，将开关设备与其它故障隔离设備配合应用可以进一步简化电网连接，降低建设成本及维护成本。

（二）远动系统及二次设备

二次设备的主要功能并非直接输送电能，而是起到对线路、电网进行调节、监测、控制及保护的作用，其不参与电能的生产、使用。正是二次设备的应用实现了输配电自动系统的远程管理，常见的二次设备包括继电器、信号装置、测量表计等等。尽管在输配网系统中，二次设备并不能直接体现系统的先进性，但是却是远动系统完善性的直接体现。分析输配电自动化功能的实际需求可知，系统主要通过发送对应指令远程控制终端开关，以获得与人工操作相同的操作结果，而自动合闸、中断等自动操作大大减少了人工成本，提高了系统的反应速度及处理速度。当然在实际的输配电自动系统建设及过行中，除了系统自带的环网保护、远程控制等保护功能外，还要设置必要的人工手动操作。任何系统均存在失灵的可能，人工操作是系统最后一道防线。此外，输配网自动化远动系统中线路电源、传输协议也占据重要地位，实际用电工程应用中要根据供电环境、设备特点合理设计电源规格、选择适用的传输协议。

（三）通信方案及设备

通信是最终完成输配网自动化的关键点，输配网自动系统的信息传输包括主站与各子站之间、现场单元的信息传输以及各模块之间的内部传输两大部分，其中主站与各子站之间、现场单元的信息传输实行的配网通信方案相对比较完整。在选择实际通信方案时，由于通信区域、通信条件不同，因此尽量根据实际情况选择混合通信方案，采用光纤作为系统信息传输的主要线路，其它分支线路选择适用的通信方法；针对某些弧点、距离较远的线路则采用无线传输的形式，以降低建设成本。实际工程中需要注意，光纤通信通常仅能传输一条线路的数据，虽然几万兆的带宽即可满足通信要求，但仍然要使用专用的光端机，以保证通信质量。

四、结语

由此可见，在我国电力行业发展的过程中，实现电力自动化有着十分重要的意义，它不仅可以有效的解决了电力系统在运行过程中存在的问题，还大幅度的提高了电力系统的工作效率和使用性能。不过，从当前我国电力输配系统的发展情况来看，其中还存在的许多的问题，为此我们还要的不断的实践研究的过程中，来对其电力自动化技术进行改进和推广，从而促进我国社会经济的发展。

参考文献

[1]史佩璐. 自动化运行技术在输配电及用电工程中的应用[J]. 科技与企业，2014，16：201.

[2]丁垣吉，张翻. 自动化技术在输配电及用电工程中的应用研究[J]. 硅谷，2015，04：89+64.

[3]陈丽君. 自动化运行技术在输配电及用电工程中的应用[J]. 黑龙江科技信息，2016，34：92.

[4]孙得刚. 自动化技术在输配电及用电工程中的应用探析[J]. 黑龙江科技信息，2016，34：138.

[5]孙龙珠. 自动化技术在输配电及用电工程中的应用[J]. 黑龙江科技信息，2016，34：50.

[6]陈月波. 探讨自动化运行技术在输配电及用电工程中的应用[J]. 中小企业管理与科技（上旬刊），2016，12：152-153.

[7]杨振宇，咸久维. 自动化运行技术在输配电及用电工程中的应用[J]. 科技创新与应用，2016，08：182.

[8]王莲. 关于自动化技术在输配电及用电工程中的应用[J]. 山东工业技术，2016，09：187.

[9]李媛媛，刘谦. 自动化技术在输配电及用电工程中的应用研究[J]. 通讯世界，2016，22：114.

[10]张金盛. 自动化运行技术在输配电及用电工程中的应用[J]. 科技创新与应用，2017，08：170.